CN102892552B - 通过干涉来对对象厚度进行光学测量的方法和装置 - Google Patents

通过干涉来对对象厚度进行光学测量的方法和装置 Download PDF

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Abstract

通过干涉来对对象（2）（诸如半导体材料切片）厚度（T）进行光学测量的方法和装置。通过光学干涉对对象厚度的读数进行读取，获得粗略厚度值（RTW），以及评估指示粗略厚度值发生频度的频率。确定相邻粗略厚度值的有限集，其频率积分或总和代表绝对最大值，以及作为数与上述值的有限集的粗略厚度值的函数来确定对象厚度的实际值。粗略厚度值根据相应频率（F）可分为多个级别（C），且在该情况下，厚度级别的优势组（Gmax）限定为上述相邻粗略厚度的上述有限集。还确定限定对象厚度实际值的较低排除阈值（Rmin）和较高排除阈值（Rmax），以及从进一步的处理将落入搜索区间外的所有粗略厚度值排除。当在表面加工期间对对象进行测量时，作为对象经受的厚度逐渐减小的函数来逐渐和自动地更新排除阈值。

Description

通过干涉来对对象厚度进行光学测量的方法和装置
技术领域
本发明涉及通过干涉来对对象的厚度进行光学测量的方法和装置。
本发明可有利地用于通过干涉来对由半导体材料（通常是硅）制成的切片或晶片的厚度进行光学测量，在本说明书中将明确提出不失一般性的关于其的参考。
背景技术
例如对半导体材料切片进行机加工以便在半导体材料中获得集成电路或其它电气元件。具体的，当半导体材料切片非常薄时，将半导体材料切片放置于支撑层（通常由塑料材料或玻璃制成）上，其用于提供较高的机械坚固性，从而便于处理。
一般而言，有必要通过研磨和抛光对半导体材料切片进行机加工以便获得均匀的厚度和等于所需值的厚度。在对半导体材料切片进行机加工的该阶段中，需要测量切片厚度以便确保精确地获得所需值。
已知使用测量头来用于测量半导体材料的切片厚度，其中机械触头与接受机加工的半导体材料切片的上表面相接触。
在测量过程中由于与机械触头的机械接触，这种测量技术会损坏半导体材料切片，且不能够测量非常薄的厚度（典型地低于100微米）。
已知使用电容探头、感应探头（涡流探头或其它类型的探头）或超声波探头来测量半导体材料切片的厚度。这些测量技术是非接触类型的，因而在测量过程中不会损坏半导体材料切片，即使当存在支撑层时也可以测量半导体材料的切片厚度。但是，这些技术在其可测量的尺寸及其可获得的最高分辨率这两方面受到限制。
为了克服如上所述测量技术的限制而使用光学探头和干涉测量。例如，国际专利申请公布号WO2009013231A1、美国专利US6437868A1和日本专利申请公布号JP082160016A描述了用于对半导体材料切片厚度进行光学测量的装置。
一些已知的装置包括光辐射源，由于目前使用的半导体材料是硅基材料且硅足够透明以便透过红外辐射，因此光辐射源大多是红外辐射，或具有更宽频谱以便使得能够测量特别薄的厚度。所发射的辐射束在确定的频带内具有低相干性和多个波长。这种装置还包括分光计和光学探头，该光学探头通过光纤连接到光辐射源和分光计，面对待测量的半导体材料切片，且设有透镜，其用于将由辐射源所发射的辐射聚焦到半导体材料切片上以便测量，以及用于收集由待测量的半导体材料切片所反射的辐射源。通过分光计来执行由辐射干涉导致的组合频谱分析，所述辐射由待测量的半导体材料切片的外表面以及待测量半导体材料切片内的可能光学不连续性的内表面进行反射而造成。通过对由半导体材料切片反射的辐射进行干涉而导致的这种组合频谱分析而能够确定光学均匀材料中的辐射已透过的一个或多个层的厚度。
但是，上述分析不能确定所组合的反射辐射所遵循的路径。换言之，上述组合是在半导体材料切片外表面上以及在半导体材料切片内在每个光学不连续表面处发生的若干反射的最终结果。但是，在已知装置中，不可能使用在反射辐射的组合中存在的信息来直接或间接测量光学探头与导致反射的每一不连续表面之间的距离。因此，对由半导体材料切片反射的辐射组合进行的分析使得能够确定置于光学不连续表面对之间的层厚度，但其不能够确定厚度测量被分配到的半导体材料的切片部分（即不能够确定厚度测量是否已经分配给被穿过两次的第一层，是否已经分配给被穿过n次的第一层，是否已经分配给第二或第三层，或是否已经分配给加到第二层的第一层等）。
在每次读取时，它不是由对其进行分析的半导体材料切片所反射的单一辐射，而是由半导体材料切片所反射的辐射束。因此，确定多个不同厚度的测量值，但其不可能将每个厚度测量值分配到半导体材料切片的特定部分或层。然而，对于每个读数而言，可以例如基于特定发光功率和整体发光功率之间的比率来确定相应的品质因数。事实上，品质因数是表明相关读数与待测量的厚度相对应的其中一个因素。
用于通过干涉来对半导体材料切片厚度进行光学测量的已知装置在每个读数处提供粗略的厚度值和基于其通常配置的相关品质因数。为了在装置所提供的所有粗略厚度值中成功地确定出哪一粗略厚度值对应于半导体材料切片的第一层（即由半导体材料制成的经受研磨和抛光的最外层，且要测量其厚度值），已知装置中使用对相对较多数量的连续读数（一般至少几十个连续读数）进行分析的确定算法。这些已知的确定算法对于每个读数而言只考虑具有最高品质因数的粗略厚度值。然后，将具有的品质因数低于最小品质因数的所有粗略厚度值以及将低于最小排除阈值或高于最大排除阈值的所有粗略厚度值排除掉，其中排除阈值限定所需要厚度值所处的范围。最后，通过对剩余的粗略厚度值取平均来确定所需的厚度值（即由半导体材料制成的最外层的厚度测量值）。然而，如上所述的某些已知的确定算法有一些不便之处。
首先，上述的已知确定算法的准确性不是最佳的，且随着时间其变化很大：当不存在与所需厚度值相似的不相干厚度值时，上述确定算法是准确的，但当存在与所需厚度值相似的不相干厚度值时，上述确定算法是非常不准确的。
此外，为了获得可接受的精度，必须要特别精心地选择用于对读数所提供的厚度值进行取舍的最小品质阈值和排除阈值。换言之，不存在适用于所有情况的最小品质阈值和排除阈值，但针对当前的具体情况，每次都有必要采用最小品质阈值和排除阈值。因此，选择最小品质阈值和排除阈值每次都需要富有经验的操作员的干预，其能够对由读数所提供的粗略厚度值事先进行分析。
富有经验的操作员的干预是正常的，因此在实验室测量中上述是可接受的，但在一系列的生产过程中在生产线中进行的测量中不可能由富有经验的操作员进行干预。
发明内容
本发明的目的是提供通过干涉来对对象厚度进行光学测量的方法和装置，其克服上述不便之处，并可在同一时间容易地和廉价地实施。
根据所附权利要求中的权利要求，本发明提供用于对对象厚度进行光学测量的方法和装置。
附图说明
现在参照附图通过非限制性的实施例对本发明进行描述，其中：
图1是机床的简化视图，为了清楚起见而移除了一些部件，所述机床对半导体材料切片进行机械加工，并包括通过干涉来对半导体材料切片厚度进行光学测量的装置；
图2是在进行厚度测量时的图1中半导体材料切片的简化横截面；
图3是示出多个粗略厚度值分布的图，上述值在半导体材料切片厚度的一部分测量过程中而读取；
图4A是示出图3中图示的粗略厚度值的频率分布的曲线；
图4B是一个直方图，其示出图3中图示的粗略厚度值分成若干厚度级别，以及基本上表示粗略厚度值落在每一这种厚度级别范围内的相对频率；
图5是以放大比例示出图4B中直方图细节的视图；
图6是示出在半导体材料切片厚度的测量过程中使用的较低排除阈值和较高排除阈值随着时间变化的图；
图7a至7d显示直方图随着时间进行的变化，示出一系列厚度级别和相对频率。
具体实施方式
在图1中，附图标记1总体上表示机床，其对对象2（诸如半导体材料切片）进行机械加工，用于半导体材料切片2上进行研磨操作，从而导致逐渐去除浅表层材料。如图2中所示，半导体材料切片2放置于撑层3（通常由塑料材料或玻璃制成）上，用于提供较高的机械坚固性，从而便于处理。根据一个不同的实施例，在此未示出，支撑层3被省略。
该机床1包括支撑装置4，其具有安装成绕垂直旋转轴线6旋转的机动化旋转工作台5。半导体材料切片2布置于旋转工作台5上且其例如通过抽吸保持与后者接触。此外，机床1包括具有致动装置8的加工头7，其以如此的方式支撑研磨工具9以至于使得研磨工具9围绕垂直旋转轴线10旋转且沿着旋转轴线10垂直移动研磨工具9。
机床1包括通过干涉来对半导体材料切片（在图2中示出）的厚度T进行光学测量的测量装置11。例如测量装置11是在国际专利申请公布号WO2009013231A1中所描述类型的测量装置，参照其对测量装置11的更详细描述。测量装置11包括光辐射源，分光计和光学探头，光学探头通过光纤连接到光辐射源和分光计，面对待检查的半导体材料切片2，且设有透镜，用于将光辐射束12聚焦到待检查的半导体材料切片2上，后者被放置于旋转工作台5上，且用于收集由待检查的半导体材料切片2所反射的辐射。通过分光计对由半导体材料切片2反射的光辐射之间的干涉导致的组合频谱进行分析，且从这种频谱分析可以确定由反射的辐射穿过的材料厚度测量值。
由于目前使用的半导体材料是硅基材料且硅足够透明以便透过红外辐射，因此由辐射源发射的光辐射主要是红外线，或具有更宽频谱以便使得能够测量特别薄的厚度。所发射的辐射束在确定频带内具有较低相干性和多个波长。
该机床1包括处理单元13，其连接到测量装置11，用于从测量装置11接收半导体材料切片2的厚度T的读数，以及根据此后描述的方法利用由测量装置11提供的半导体材料切片2的厚度T的读数来确定半导体材料切片厚度T的实际值。因此，测量装置11和处理单元13形成通过干涉来对半导体材料切片2的厚度进行光学测的装置。
最后，机床1包括控制单元14，其从处理单元13接收半导体材料切片2的厚度T的实际值以及通过控制所述支撑装置4和加工头7，通过调整旋转工作台5的旋转速度、研磨工具9的旋转速度以及研磨工具9的垂直位置来控制对半导体材料切片2的研磨。具体的，控制单元14控制半导体材料切片2的研磨用于进行预定的本身已知的加工过程，根据该加工过程，在一般情况下，材料的去除速率（也就是在单位时间内的材料去除厚度）逐渐减小到半导体材料切片2的厚度T接近所需值。在图6中示出半导体材料切片2的厚度T由于研磨是如何随着时间而变化的，其示出半导体材料切片2的厚度T如何在加工的第一时刻快速减小，以及在研磨的最后时刻以慢得多地速率减小的实例。
在每次读取半导体材料切片2的厚度T时，通过分光计对由半导体材料切片2的外表面和半导体材料切片2内的可能的光学不连续性的表面所反射的辐射之间的干涉所导致的组合频谱进行分析。从这种频谱分析可以确定由辐射穿过的一个或多层光学均匀材料的厚度测量值。具体的，从所反射的辐射之间的干涉导致组合频谱的这种分析开始，测量装置11确定多个通常彼此不同的粗略厚度值RTW。
事实上，从由半导体材料切片2所反射的辐射之间的干涉导致组合频谱的这种分析开始，测量装置11能够确定由所反射的辐射穿过的材料厚度，但其不能够确定所反射的辐射实际上所遵循的路径。
换言之，所述组合通过辐射产生，所述辐射是在半导体材料切片2上以及在半导体材料切片2内在每个光不连续性表面处发生的多个反射的最终结果，但在已知的装置中，不可能使用在所反射的辐射组合中存在的信息来直接或间接测量光学探头与导致反射的每一不连续性表面之间的距离。因此，对由半导体材料切片2反射的辐射组合进行分析使得可以确定置于光学不连续性表面对之间的层厚度的测量值，但其不能够确定厚度测量被分配到的半导体材料的切片2的层或部分（即不能够确定厚度测量是否已经分配给被穿过两次的第一层，是否已经分配给被穿过n次的第一层，是否已经分配给第二或第三层，或是否已经分配给加到第二层的第一层等）。
根据一个优选实施例，测量装置11可以基于例如特定发光功率和总体发光功率之间的比率来为每个粗略厚度值RTW提供对应的品质因数MF。事实上，品质因数是表明相关读数与待测量厚度相对应的其中一个因素。在每次读取结束时，测量装置11将所有所确定的粗略厚度值RTW布置为可用相应品质因素MF的函数，并给处理单元13仅提供具有最高品质因数的三个粗略厚度值RTW。为了确定半导体材料切片2的厚度T的实际值，处理单元13使用由测量装置11所进行的多个连续读数读取（通常读数的数量对应于半导体材料切片2的一次完整旋转），从而确定多个粗略厚度值RTW（例如且如上所述，由测量装置11进行的每个读数读取可提供具有相关品质因数MF的三个粗略厚度值RTW）。作为一个实例，图3是示出多个粗略厚度值RTW分布的图，上述值由测量装置11进行的多个连续读数读取来提供（在图3中，纵坐标代表以微米表示的厚度值，而横轴代表以毫秒表示的时间）。
同样作为一个实例，在一个应用中，切片2以约为300RPM的速度旋转以及测量装置具有4千赫的数据捕获频率，加工读数的数目为800，其与2400个粗略厚度值RTW对应，在上面提到的情况下，每个读数提供3个值RTW。
通过对由测量装置11进行的多个连续读数提供的多个粗略厚度值RTW进行分析，处理单元13可确定半导体材料切片2的厚度T的实际值。
处理单元13估计粗略厚度值RTW的频率（发生次数）和这种频率的分布。根据第一执行过程，首先确定粗略厚度值RTW的可变区间，从而使其足够宽来包括这种值RTW的有效部分。然后，处理单元13在上述可变区间内提供和处理表示上述值的频率密度的连续函数F（RTW），并计算相对频率密度函数。例如图4A示出与图3中图示的粗略厚度值RTW的这种函数F（RTW）有关的曲线图。
根据一个不同的优选执行过程，其参考内容大部分在随后的说明中描述，在早期阶段中，处理单元13通过确定多个厚度级别C来限定粗略厚度值RTW的上述可变区间，厚度级别C足够大以便包括粗略厚度值RTW的有效部分。厚度级别C（即为各厚度级别C的宽度）的分辨率优选为微米的数量级。
然后，处理单元13通过粗略厚度值RTW所定级别来估计频率，以便针对每一厚度级别C来确定相应的频率F，通过其粗略厚度值RTW落入该厚度级别C的范围内，即粗略厚度值（RTW）落在厚度级别（C）范围内的频度。换言之，对于每个厚度级别C，处理单元13确定粗略厚度值RTW包含在该厚度级别C中出现多少次：包含在该厚度级别C内的粗略厚度值RTW的出现数量表示频率F，粗略厚度值RTW以该频率F落入厚度等级C的范围内。作为一个实例，图4B是一个直方图，该直方图示出频率F，其表示图3中图示的粗略厚度值RTW有多少次落入一系列厚度级别C内，其中厚度分辨率为1微米（在图4B中，纵轴代表频率F，横轴代表厚度级别C）。可以使用不是绝对频率F（发生次数）的特定频率或密度（即每单位长度的一个频率），其通过由绝对频率F除以厚度等级C来得到。
根据一个优选的实施例，处理单元13确定频率F，通过确定品质因数MF，粗略厚度值RTW落入厚度级别C的范围内，分配给由测量装置11提供的每个粗略厚度值RTW的权重大于简单发生的对应的一个权重，并随着品质因数MF的增加而增加。换言之，在计算相应厚度级别C的频率F的过程中具有高品质因数MF的粗略厚度值RTW具有的权重大于具有低品质因数MF的粗略厚度值RTW的权重。以这种方式，更重要的是给予粗略厚度值RTW较高的品质因数MF，从而给出更可能指代待测量厚度的粗略厚度值RTW。
在使用参照图4A已提及的连续函数的情况下，可以执行利用相对品质因数MF对值RTW的频率进行加权的类似加权过程。
根据所述第一执行过程，随后的步骤包括在函数F（RTW）的不同的有限区间-在图4A的横轴上-即相邻粗略厚度值RTW的有限集中确定一个有限区间，在该有限区间处，频率积分或求和，特别是函数F（RTW）积分表示绝对的最大值，并确定作为相邻值的所述有限集的值RTW的函数的半导体材料切片2的厚度T的实际值。
同样地，在图4B指代的优选执行过程中，一旦粗略厚度值被定等级，则处理单元13确定厚度级别C的优势组GMAX，其由一个或多个相邻的厚度级别C组成，为此相应频率F的总和表示绝对最大值（如图4B中所示的直方图）。本质上，根据所述优选的实施过程，厚度级别C的优势组GMAX包括且限定相邻粗略厚度值RTW的有限集，其频率积分或求和代表绝对最大值，从而处理单元13确定作为厚度级别C的优势组GMAX的函数的半导体材料切片2的厚度T的实际值。换言之，在所有的频率F（即在直方图内的频率）下，处理单元13确定所有现有的组G（也就是其相对频率F不显著为零的相邻厚度级别C的所有集合）和通过比较所有的现有组G来确定厚度等级C的优势组GMAX。为了确定厚度级别C的优势组GMAX，处理单元13计算所有各组G的频率F的总和，以及搜索频率F的最高总和（即频率积分或求和的最大绝对值）。
一般来说，厚度级别C的优势组GMAX包括多个相邻的厚度级别C，但是甚至其可仅包括单个厚度级别C。
如图5中所示，为了确定厚度级别C的组G（以及因此也确定厚度级别C的优势组GMAX），处理单元13在开始的时候确定厚度级别CMAX，其在局部区域内具有最高的频率FMAX（即，其局部地表示在厚度级别C内的相对较高区间内的相对最大值），且因此将这种厚度级别CMAX加到相邻的具有相对较高频率F的厚度级别C（其是“左侧”和“右侧”上的厚度级别）。例如，厚度级别C的组G通过将所有的相邻厚度级别C结合到具有最高频率FMAX的厚度级别CMAX而形成，相邻厚度级别C具有的频率F至少等于厚度级别CMAX的最高频率FMAX的10％（或至少等于不同的预设百分比，例如12.5％或6.25％）。如上所述的内容作为一个实例在图5中示出，图5以放大的比例示出图4B直方图的细节。图5示出了厚度级别CMAX具有最高频率FMAX，以及水平虚线表示例如等于厚度级别CMAX的频率FMAX的10％的频率极限。邻近厚度级别CMAX以及具有高于厚度级别CMAX的频率FMAX的10％的频率F的厚度级别C（以灰色标出）结合到厚度级别CMAX，而与厚度级别CMAX相邻且具有低于厚度级别CMAX的频率FMAX的10％的频率F的厚度级别C不结合到厚度级别CMAX。
需要指出的是，根据上述第一执行过程（图4A），函数F（RTW）的有限区间，或相邻粗略厚度值RTW的有限集可以类似的方式来确定，即通过检测最高的频率FMAX（RTW）以及限定由粗略厚度值RTW定界的区间或“窗口”ΔRTW（图4A），其频率等于相对最高频率的FMAX（RTW）的约10％（例如）来确定。
在图4指代的优选执行过程的直方图中，可以确定更多的厚度级别CMAX，其具有局部的最高频率FMAX（其是一系列的“相对最大值”）。在这种情况下，针对局部具有最高频率FMAX的各个厚度级别CMAX，处理单元13确定厚度级别C的相应组G，针对厚度级别C的各组G计算频率积分或求和，更具体的是相应频率F（即属于厚度级别C的组G的所有厚度级别C的频率F的总和）的总和，以及最后确定具有相应频率F最高总和的厚度级别C的优势组GMAX。
根据一个优选的实施例，处理单元13通过对属于厚度级别C的优势组GMAX的厚度级别C的粗略厚度值取平均来确定半导体材料切片2的厚度T的实际值。
根据一个不同的实施例，处理单元13在厚度级别C的优势组GMAX中确定具有最高频率FMAX的厚度级别CMAX，且限定半导体材料切片2的厚度T的实际值等于属于具有最高频率FMAX的厚度级别CMAX的所有粗略厚度值RTW的平均值。
应当注意的是，由于旋转工作台5围绕旋转轴线6旋转，在测量装置11的读取读数期间，半导体材料切片2处于连续运动状态。因此，由测定装置11所读取的且在处理算法中考虑到的粗略厚度值RTW不指代半导体材料切片2的相同点，而是指代沿着圆周弧（其角度通常具有的至少对应圆角十分之一的36度的大小，甚至可以达到为圆角的360度）。在所述圆周弧内，例如由于材料的可能不均匀性，半导体材料切片2的厚度T通常不是恒定。因此，沿圆周弧的粗略厚度值RTW的读数读取使得不仅能够确定代表厚度T沿圆周弧平均值的厚度T的实际值，而且还能够确定代表半导体材料切片2的厚度T沿圆周弧的实际值的最小值Tmin和最大值Tmax，其代表厚度T的实际值如何沿圆周弧变化。
在一般情况下，处理单元13确定半导体材料切片2的最小值Tmin和最大值Tmax，即，其确定半导体材料切片2的厚度T的实际值变化范围的幅度ΔT，因为这种数据可用于正确地控制由研磨工具9进行的加工。半导体材料切片2的厚度T的实际值的最小值Tmin和最大值Tmax代表半导体材料切片2的厚度T的实际值变化范围内定界的两个极限，其具有幅度ΔT（其中ΔT=Tmax-Tmin）。
根据第一实施例，处理单元13确定半导体材料的切片2厚度T的实际值的最小值Tmin和最大值Tmax，即，其确定作为属于厚度级别C的优势组GMAX的粗略厚度值的最小值和最大值的函数的半导体材料切片2的厚度T的实际值的变化范围的幅度ΔT。例如，基于在这种粗略厚度值RTW的分布中的标准偏差上的处理可以估计所述最小值和最大值。换言之，估计在属于厚度级别C的优势组GMAX的粗略厚度值RTW中最低的粗略厚度值代表半导体材料切片2的厚度T实际值的最小值Tmin，而估计在属于厚度级别C的优势组GMAX的粗略厚度值RTW中最高的粗略厚度值代表半导体材料切片2的厚度T实际值的最大值Tmax。当用于半导体材料切片2的厚度T的单个测量的粗略厚度值RTW沿长圆周弧读取（其长度接近或等于圆角）时，这种方法通常是可采用的。
根据一个备选实施例，当用于半导体材料切片2的厚度T的单个测量的粗略厚度值RTW沿短圆周弧读取（例如，其角度尺寸等于圆角的1/10，即等于36度）时，考虑半导体材料切片2的厚度的更多连续测量值，以便确定半导体材料切片2的厚度T的实际值的最小值Tmin和最大值Tmax，其用于确定半导体材料切片2的厚度T的实际值的变化范围的幅度ΔT。在这种情况下，半导体材料切片2的厚度T的实际值的最小值Tmin和最大值Tmax，即半导体材料切片2的厚度T的实际值的变化范围的幅度ΔT，作为半导体材料切片2的厚度T的实际值的最小值和最大值的函数来确定，上述最小值和最大值通过对半导体材料切片2的厚度T的系列测量值来确定（也就是，半导体材料切片2的厚度T的实际值的最大值Tmax和最小值Tmin分别等于半导体材料切片2的厚度T的实际值的最大值Tmax和最小值Tmin）。被考虑来确定半导体材料切片2的厚度T的实际值的最大值Tmax和最小值Tmin的半导体材料切片2的厚度T的系列测量值必须对应于半导体材料切片2的完整旋转，以便提供完整的可靠结果。根据一个优选的实施例，确定存储于处理单元13的存储器中的最小品质阈值MTmin。在对粗略厚度值RTW定级别之前，处理单元13去除（排除）其品质因数MF低于最低品质阈值MTmin的所有粗略厚度值RTW。以这种方式，在确定半导体材料切片2的厚度T的实际值的过程中不考虑具有过低品质因数MF的粗略厚度值RTW（从而可能甚至受到显著测量误差的影响）。例如如果品质因数MF的范围从0延伸到100，可以排除具有低于30或20的品质因数MF的粗略厚度值RTW。
根据一个优选的实施例，处理单元13设置较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax，其限定包括半导体材料切片2的厚度T的实际值的搜索区间，且其去除（排除）低于较低排除阈值Rmin和高于较高排除阈值Rmax的所有粗略厚度值RTW。换言之，由较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax限定的搜索区间限定半导体材料切片2的厚度T的实际值必须进行搜索的区域，以缩小搜索区域。
在对半导体材料的切片2进行浅表层加工导致半导体材料切片2的厚度T逐渐减少的过程中，处理单元13逐步更新较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax，以便作为半导体材料切片2的表面加工的进展状态而“遵循”半导体材料切片2的厚度T的逐渐减少。上面所述内容已经在图6中图示出，其示出在表面加工过程中半导体材料切片2的厚度T随时间的改变，以及较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax随时间的改变。
根据第一实施例，处理单元13确定作为加工过程函数（其中，如前面所述，其控制表面加工的进展状态）的半导体材料切片2的表面加工的进展状态，从而作为表面加工进展状态的函数来逐步更新较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax。具体的，加工过程限定材料去除速率VA（即，每单位时间内的材料去除厚度）。因此获知在控制时刻tpc下半导体材料切片2的厚度T采取值TPC（其通常对应于材料去除率VA中的最后变化），可利用下述公式来更容易地逐步更新排除阈值Rmin和Rmax：
[1]Rmin(t)＝Tpc-VA＊(t-tPC)-MSC
[2]Rmax(t)＝Tpc-VA＊(t-tPC)+MSC
Rmin（t）在时刻t下的较低排除阈值；
Rmax（t）在时刻t下的较高排除阈值；
Tpc在控制时刻tPC下的半导体材料切片2的厚度T的值；
tPC控制时刻；
VA材料去除速率；
MSC在理论去除材料和实际去除材料（通常通过实验测试预先设置）之间的最大偏差。
根据第二实施例，对半导体材料切片2的厚度T进行系列测量，且处理单元13更新较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax，其用于作为在厚度T的前一测量末所确定的厚度T的实际值的函数来对厚度T进行当前测量。优选地，根据上面描述的方法，处理单元13在半导体材料切片2厚度T的每次测量时也确定半导体材料切片2的厚度T的实际值的变化范围的幅度ΔT，以及设定用于半导体材料切片2的厚度T的当前测量的较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax，通过将在前一测量末处确定的厚度T的实际值分别加上或减去在前一测量末处确定的厚度T的实际值的这种变化范围的幅度ΔT的二分之一，可将安全系数KS（在10－30％的级别）加到或不加到上述。换言之，通过使用下面的公式来更新排除阈值最小值Rmin和最大值Rmax：
[3]Rmin-i＝Ti-1-(ΔTi-1/2)＊(1+KS)
[4]Rmax-i＝Ti-1+(ΔTi-1/2)＊(1+KS)
Rmin-i用于对半导体材料切片2的厚度T进行第i次测量的较低排除阈值；
Rmax-i用于对半导体材料切片2的厚度T进行第i次测量的较高排除阈值；
在第（i-1）次测量末确定的半导体材料切片2的厚度T的实际值；
ΔTi-1在第（i-1）次测量末确定的半导体材料切片2的厚度T的实际值变化范围的幅度；
KS安全系数。
根据一个备选实施例，可以将较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax之间的距离选择成大于或小于变化范围的上述幅度ΔT。
由于排除阈值Rmin和Rmax不是静态的（即总是恒定的），而是动态的（即它们遵循半导体材料切片2的厚度T的实际值随时间的改变而进行连续变化），排除阈值Rmin和Rmax在将粗略厚度值从用于计算厚度T的处理中排除掉的过程中是特别有效的，从而在增加确定厚度T实际值的所述处理效率和准确度。由于排除阈值Rmin和Rmax是动态的，且它们可限定特别窄的可接受区间，因此可以达到这样的结果。当对半导体材料切片2的厚度T进行第一次测量时，没有可用的之前测量值，参照之前测量值可用于确定较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax。因此，当对半导体材料切片2的厚度T进行第一次测量时，作为半导体材料切片2的标称特性以及标称特性公差的函数来预先确定和计算较低的排除阈值Rmin和较高的排除阈值Rmax所采用的值。通常情况下，作为标称特性的函数来计算的排除阈值Rmin和Rmax的初始值和预定值涵盖较宽区间，因为可得到半导体材料切片2的厚度T的实际值的更多测量值，因此上述区间逐渐减小。根据一个可能的、特定的解决方案，在开始时排除阈值Rmin和Rmax之间包括的较宽区间保持有效，直到检测到初始测量值的预定持久性。例如，当其持续至少连续N次（其中，例如N=100）具有较小的变化，而不是延伸到有限的、预定范围（例如3微米，）以外时获得由该算法产生的第一测量值，且在这一阶段，排除阈值Rmin和Rmax继续基于理论厚度和其公差来确定。该特定的解决方案给初始值提供更大的可靠性，随后的自动限制值将基于该初始值来确定。
根据一个优选实施例，在将不符合两个排除标准（即其低于较低的排除阈值的Rmin，高于较高的排除阈值Rmax，或具有低于最低品质阈值MTmin的品质因数MF）的粗略厚度值RTW排除之后，处理单元13确定可接受的百分比A％，其表示与可用粗略厚度值RTW的总数相比符合排除标准的粗略厚度值RTW的数目（即基于排除标准进行排除之后）。此外，仅当可接受的百分比A％高于代表性阈值RT时，处理单元13确定半导体材料切片2的厚度T的实际值。这种状况确保仅当其可能使用显著数目的粗略厚度值RTW时，才可确定半导体材料切片2的厚度T的实际值。事实上，使用数量太低的粗略厚度值RTW会导致在确定半导体材料切片2的厚度T中的不可忽略的误差风险。
当由于可接受的百分比A％不高于代表性阈值RT时而不能确定半导体材料切片2的厚度T的实际值时，处理单元13优选修改粗略厚度值RTW的至少一个排除标准，以便试图增加可接受的百分比A％。通常情况下，如果甚至在修改至少一个排除标准之后，可接受的百分比A％仍低于代表性的阈值RT，则处理单元13不能确定半导体材料切片2的厚度T的实际值，以及发出错过测量的信号。
根据可能的实施例，处理单元13通过对半导体材料切片2的厚度T的一系列连续测量进行分析可确定至少一个可能的寄生厚度值，其始终保持基本恒定以及属于相对寄生厚度值的厚度级别C的寄生厚度值的相对平均数目的粗略厚度值。因此，确定寄生厚度值后，处理单元13将寄生厚度值的平均数目的粗略厚度值RTW从对应于寄生值的厚度级别C去除。以这种方式，其可消除寄生值的影响，当超过半导体材料切片2的厚度T的实际值时，当寄生值减小时，寄生值可能会有负面影响。
前面所述在图7a至7d示例性示出：比较四个图7a，图7b，7c和7d，可以理解，存在厚度级别C的优势组GMAX和厚度级别C的两个少数组GP1和GP2。由于通过研磨工具9进行表面加工，厚度级别C的优势组GMAX随着时间逐渐朝向较低值位移，而厚度级别C的两个少数组GPI和GP2随着时间总是基本保持不变。处理单元13确定到厚度级别C的这两个少数组GP1及GP2总是随着时间保持基本恒定，因此它们并不能代表半导体材料切片2的厚度T必须由于由研磨工具9进行的表面加工而随着时间的推移来减少。当厚度级别C的优势组GMAX与厚度级别C的少数组GP2相交（即重叠）时，优势组GMAX通过少数组GP2（图7b中所示）而“变形”。为了避免这种“变形”，当少数组GP2与优势组GMAX相交时，处理单元13消除与优势组GMAX重叠的少数组GP2（图7c所示）。
如上所述，为了确定半导体材料切片2的厚度T的实际值，处理单元13使用由测量装置11进行的多个连续读数，从而考虑到多个粗略厚度值RTW（由测量装置11进行的每个读数读取例如提供单个粗略厚度值RTW或，根据上文所述的实施例，提供三个粗略厚度值RTW）。根据一个优选的实施例，半导体材料切片2的厚度T的每个测量值在测量的区间之内使用厚度T的预定和恒定的数量的读数。在两个连续测量之间，处理单元随着时间使得测量区间推移一定的程度，所述程度小于测量区间本身的程度，这样厚度T的多个读数属于前一测量的结束部分以及后续测量的初始部分两者。
根据上述由干涉用来进行光学测量的方法，半导体材料切片2的厚度T基于下述假设，即对应于半导体材料切片2的厚度T的粗略厚度值RTW比所有其它值更频繁和/或具有的品质因数MF平均而言高于所有其它品质因数。许多实验测试已经证明，这样的假设是正确的，因此，上述方法是可靠的。
在根据本发明的一个不同的方法中，在开始时可以与前面所述不同的方式来确定厚度T，例如，基于根据已知方式的品质因数MF、或通过考虑比理论检测到的其它值更接近的粗略厚度值RTW、预设的厚度值。然而在根据本发明的这种不同方法中，例如通过使用上文描述的方法之一以动态方式来限定最小排除阈值Rmin和最大排除阈值Rmax。
上述通过干涉来光学测量半导体材料切片2的厚度T或通过干涉来光学测量由不同的材料制成的对象的厚度的方法提供许多优势，上述不同的材料对于所使用光辐射至少是部分透明的。
首先，上述方法使得能够迅速而准确地确定半导体材料切片2的厚度T的实际值。事实上，许多实验测试已经表明上述方法使得能够以较小误差来确定半导体材料的切片2的厚度T的实际值。
此外，上述方法不要求任何外部干预来用于调节操作参数。与上述相反，这种方法可以自主调整而无需外部干预，以在每种情况下对当前测量的具体特性提供最大的准确性。因此，上述方法特别适合在系列生产过程中在生产线中使用。
最后，上述方法既不需要较高的处理能力，也不占用太多的存储空间。因此，即使是在现有的处理单元13（因此可容易更新）中它们可以很容易地和廉价地实施，其甚至可以集成到控制单元14内。

Claims (31)

1.一种通过干涉来对对象的厚度进行光学测量的方法，所述方法包括以下步骤：
通过光学干涉对对象的厚度进行多个读数读取，以便从每个读数获得至少一个粗略厚度值，以及因此获得多个粗略厚度值；以及
通过对多个粗略厚度值进行分析来确定对象的厚度的实际值；
该方法的特征在于其包括以下步骤：
限定粗略厚度值的可变区间，其足够宽以包括粗略厚度值的至少一有效部分；
评估所述可变区间的粗略厚度值的频率；
确定相邻粗略厚度值的有限集，其频率积分或求和代表绝对最大值；
作为属于所述相邻粗略厚度值的有限集的粗略厚度值的函数来确定对象的厚度的实际值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
评估所述可变区间的粗略厚度值频率的步骤包括处理连续函数，其表示粗略厚度值的频率密度以及相对频率密度函数的计算；
相邻粗略厚度值的所述有限集限定有限区间，以及所述频率积分或求和限定为所述有限区间内的所述连续函数的积分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
限定粗略厚度值可变区间的步骤包括确定多个厚度级别，其足够大以便包括粗略厚度值的有效部分；
评估所述可变区间的粗略厚度值频率的步骤包括对粗略厚度值定级别，以便确定对于每一厚度级别而言的相应频率，其表示粗略厚度值落入该厚度级别内的频度；
所述方法进一步包括以下步骤：确定厚度级别的优势组，其由一个或多个相邻厚度级别组成，为此相应频率的总和限定代表绝对最大值的所述频率积分或求和，相邻粗略厚度值的所述有限集由厚度级别的所述优势组所限定。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括以下附加步骤：
在厚度级别的优势组中确定具有最高频率的厚度级别；
将对象的厚度的实际值确定为属于具有最高频率的厚度级别的粗略厚度值的平均值。
5.根据权利要求1所述的方法，包括下述另外步骤：通过对属于相邻粗略厚度值的所述有限集的所有粗略厚度值取平均来确定对象的厚度的实际值。
6.根据权利要求1所述的方法，包括下述另外步骤：确定对象的厚度的实际值的最小值和最大值，即作为属于相邻粗略厚度值的所述有限集的粗略厚度值的最小值和最大值的函数来确定对象厚度的实际值的变化范围的幅度。
7.根据权利要求1所述的方法，包括下述另外的步骤：
对对象的厚度进行一系列测量；以及
确定对象的厚度的实际值的最小值和最大值，即作为对象的厚度的实际值的最小值和最大值的函数来确定对象的厚度的实际值的变化范围的幅度，所述实际值的最小值和最大值由对对象的厚度进行的一系列测量来确定。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法包括另外的步骤：
在对对象的厚度进行一系列测量的同时使得对象围绕旋转轴线旋转；以及
以如此的方式执行对象的厚度的一系列测量，以至于一系列测量以对象绕旋转轴线的完整旋转而进行。
9.根据权利要求1所述的方法，包括另外的步骤：
获得适于每个读数和每个粗略厚度值的相应品质因数；
考虑品质因数来确定粗略厚度值的频率，使得分配给每一粗略厚度值的权重随着品质因数的增加而增加。
10.根据权利要求1所述的方法，包括另外的步骤：
获得适于每个读数和每个粗略厚度值的相应品质因数；
设置最低的品质阈值；以及
将具有低于最低品质阈值的品质因数的所有粗略厚度值排除。
11.根据权利要求1所述的方法，包括另外的步骤：
设定较低的排除阈值和较高的排除阈值，其确定包括对象的厚度的实际值的搜索区间；
将具有低于较低的排除阈值和高于较高的排除阈值的所有粗略厚度值排除。
12.根据权利要求11所述的方法，包括另外步骤：
根据公知的加工过程来对对象的表面进行加工，以便逐渐减少对象的厚度；
作为加工过程的函数来确定对象的表面加工的进展状态；以及
作为对象的表面加工的进展状态的函数来逐步更新较低的排除阈值和较高的排除阈值。
13.根据权利要求11所述的方法，包括另外的步骤：
对对象的厚度进行一系列测量；以及
作为在对象的厚度前一测量末所确定的对象的厚度的实际值的函数来更新用于对象的厚度的当前测量值的较低排除阈值和较高排除阈值。
14.根据权利要求13所述的方法，包括另外的步骤：
对于对象的厚度的每个测量值，确定对象的厚度的实际值变化范围的幅度；以及
通过将在对象的厚度的前一测量末所确定的对象的厚度的实际值分别加上或减去在对象的厚度的前一测量末所确定的对象的厚度的实际值变化范围的幅度的二分之一来设定用于对象的厚度的当前测量值的较低排除阈值和较高排除阈值。
15.根据权利要求3所述的方法，且其包括另外的步骤：
对对象的厚度进行一系列连续测量；
通过对一系列连续测量进行分析来确定至少一个可能的寄生厚度值，其在一系列连续测量中始终保持恒定以及属于相应寄生厚度值的厚度级别的寄生厚度值的相对平均数目的粗略厚度值；以及
将寄生厚度值的平均数目的粗略厚度值从对应于寄生厚度值的厚度级别去除。
16.根据权利要求1所述的方法，包括另外的步骤：
确定粗略厚度值的至少一个排除标准；
将不符合排除标准的所有粗略厚度值排除；
确定可接受的百分比，其表示与可用粗略厚度值的总数相比符合排除标准的粗略厚度值的数目；以及
仅当可接受的百分比高于代表性的阈值时来确定对象的厚度的实际值。
17.根据权利要求1所述的方法，包括另外的步骤：
对对象的厚度进行一系列测量，其中每一个使用预定和恒定数目的对象厚度读数，所述读数由光学干涉进行且在测量区间内；以及
在两个连续测量之间，随着时间使得测量区间推移一定的程度，所述程度小于测量区间本身的程度，这样对象的厚度的多个读数属于前一测量的结束部分以及后续测量的初始部分两者。
18.根据权利要求1所述的方法，其中对象是半导体材料切片。
19.通过干涉来对对象的厚度进行光学测量的装置，所述装置包括：
通过干涉进行厚度测量的测量装置，其执行对象的厚度的多个读数的读取，以便从每个读数获得至少一个粗略厚度值，以及因此获得多个粗略厚度值；
处理单元，其根据权利要求1所述的方法进行测量。
20.在逐渐减小对象的厚度的对象表面加工过程中通过干涉来对对象的厚度进行光学测量的方法，包括以下步骤：
通过光学干涉对对象的厚度进行多个读数读取，用于从每个读数获得至少一个粗略厚度值，以及因此获得多个粗略厚度值；
通过对多个粗略厚度值进行分析来确定对象的厚度的实际值；
设定较低排除阈值和较高排除阈值，其限定包括对象的厚度的实际值的搜索区间；以及
将低于较低排除阈值或高于较高排除阈值的所有粗略厚度值排除；
所述方法的特征在于其包括以下步骤：
作为对象的厚度的逐渐减少的函数来逐步更新较低排除阈值和较高排除阈值。
21.根据权利要求20所述的方法，其中根据已知的加工过程进行逐渐减小对象厚度的对象的表面加工，所述方法包括另外的步骤：
作为加工过程的函数来确定对象的表面加工的进展状态；以及
作为对象的表面加工进展状态的函数来逐步更新较低排除阈值和较高排除阈值。
22.根据权利要求20所述的方法，包括另外的步骤：
对对象的厚度进行一系列测量；以及
作为在对象的厚度的前一测量末所确定的对象的厚度的实际值的函数来更新用于对象的厚度的当前测量值的较低排除阈值和较高排除阈值。
23.根据权利要求22所述的方法，包括另外的步骤：
对于对象的厚度的每个测量值，确定对象的厚度的实际值的变化范围的幅度；以及
通过将在对象的厚度的前一测量末所确定的对象的厚度的实际值分别加上或减去在对象的厚度的前一测量末所确定的对象的厚度的实际值变化范围的幅度的二分之一来设定用于对象的厚度的当前测量值的较低排除阈值和较高排除阈值。
24.根据权利要求20所述的方法，包括另外的步骤：
确定多个厚度级别，其足够大以便包括粗略厚度值的有效部分；
对粗略厚度值定级别，以便确定适于每一厚度级别的相应频率，其指示粗略厚度值落入厚度等级内的频度；
确定由一个或多个相邻厚度级别组成的优势组，为此相应频率的总和限定绝对最大值；
作为属于厚度级别的优势组的粗略厚度值的函数来确定对象厚度的实际值。
25.根据权利要求24所述的方法，包括另外的步骤：
通过对属于厚度级别的优势组的所有粗略厚度值取平均来确定对象的厚度的实际值。
26.根据权利要求24所述的方法，且其包括另外的步骤：
对对象的厚度进行一系列连续测量；
通过对一系列连续测量进行分析来确定至少一个可能的寄生厚度值，其在一系列连续测量中始终保持恒定以及属于相应寄生厚度值的厚度级别的寄生厚度值的相对平均数目的粗略厚度值；以及
将寄生厚度值的平均数目的粗略厚度值从对应于寄生厚度值的厚度级别去除。
27.根据权利要求20所述的方法，包括另外的步骤：
对于每个读数和每个粗略厚度值具有相应的品质因数；
设置最小的品质阈值；以及将品质因数低于最小品质阈值的所有粗略厚度值去除。
28.根据权利要求20所述的方法，包括另外的步骤：
确定粗略厚度值的至少一个排除标准；
将不符合排除标准的所有粗略厚度值排除；
确定可接受的百分比，其表示与可用粗略厚度值的总数相比符合排除标准的粗略厚度值的数目；以及
仅当可接受的百分比高于代表性的阈值时来确定对象的厚度的实际值。
29.根据权利要求20所述的方法，包括另外的步骤：
对对象的厚度进行一系列测量，其中每一个使用预定和恒定数目的对象厚度读数，所述读数由光学干涉进行且在测量区间内；以及
在两个连续测量之间，随着时间使得测量区间推移一定的程度，所述程度小于测量区间本身的程度，这样对象的厚度的多个读数属于前一测量的结束部分以及后续测量的初始部分两者。
30.根据权利要求20所述的方法，其中对象是半导体材料切片。
31.通过干涉来对对象的厚度进行光学测量的装置，所述装置包括：
通过干涉进行厚度测量的测量装置，其执行对象的厚度的多个读数的读取，以便从每个读数获得至少一个粗略厚度值，以及因此获得多个粗略厚度值；
处理单元，其根据权利要求20所述的方法进行测量。
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